鋁鋼異種金屬材料的激光焊接技術

鋁鋼異種金屬材料的激光焊接技術

鋁及鋁合金具有強度高、成形性好、耐腐蝕性好、質量輕等特點，廣泛應用于航空航天、汽車等工業領域。鋼具有力學性能優良、成本低等特點，也廣泛應用于許多工業領域。將低密度的鋁及鋁合金材料應用在汽車零部件上可以減輕汽車質量和和減少燃料消耗、有害氣體排放。因此，涉及到鋁與鋼結構之間的連接，而鋁和鋼之間存在熱物理和化學性能差異，不便于采用傳統焊接技術。近年來，汽車制造廠已采用多種方法進行鋁與鋼結構的焊接，如摩擦焊接、電阻焊接和超聲波焊接等只適用于焊接某些類型接頭，限制了焊接應用范圍；真空釬焊、爐中釬焊可用于各種類型接頭的焊接，但是焊接接頭強度有限；鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、電子束焊接、激光焊接可以焊接任意形狀接頭，且焊接接頭強度高，這4種焊接方法已經被廣泛應用于實際生產中。其中，激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區小、變形小、熱輸入控制準確、自動化程度高等優點，同時還可以有效地控制Fe-Al金屬間化合物的成核和生長，從而極大提高焊接接頭性能。因此，對鋁和鋼的激光焊接技術進行了研究。

雖然激光焊接有較大優勢，但是焊接接頭依然存在缺陷。由于鋁的熔化溫度為660℃，Fe的熔化溫度為1538℃，所以當鋁熔化時，鋼基材料仍保持固態。當先熔化的鋁液體附著在還未熔化的鋁表面時，未熔化的鋁的激光能量吸收率顯著增加，導致焊接不穩定。此外，鋁和鋼的密度不同，當鋼熔化時鋁液將浮在鋼的表面上，這種宏觀偏析現象會導致焊接接頭的力學性能較差。近年來，隨著激光波長、功率密度和傳輸精度的提高，激光焊接技術迅速發展。其中，激光熔化釬焊技術可對異種金屬激光熱能量進行精確控制，先部分熔融低熔點基材，然后熔化高熔點材料，實現了可靠的異種金屬材料焊接。在這種焊接過程中，鋁側的接頭是熔焊，靠近鋼側是釬焊，焊接具有熔焊和釬焊的優點。通過采用不同的激光束，如單束激光、雙光束激光、激光電弧混合，實現了激光熔化釬焊。通過激光熔釬焊方法進行鋁和鋼的焊接，結果表明焊接接頭質量較好，克服了上述缺陷。

刊名：The International Journal of Advanced

Manufacturing Technology（英）

刊期：2016年第9期

作者：Bruce Madigan

編譯：徐嘉浩